[go: up one dir, main page]

RU2330268C2 - Uhf-method of controlling humidity of solid materials - Google Patents

Uhf-method of controlling humidity of solid materials Download PDF

Info

Publication number
RU2330268C2
RU2330268C2 RU2006130341/28A RU2006130341A RU2330268C2 RU 2330268 C2 RU2330268 C2 RU 2330268C2 RU 2006130341/28 A RU2006130341/28 A RU 2006130341/28A RU 2006130341 A RU2006130341 A RU 2006130341A RU 2330268 C2 RU2330268 C2 RU 2330268C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dielectric constant
power
humidity
surface layer
imaginary part
Prior art date
Application number
RU2006130341/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006130341A (en
Inventor
Павел Александрович Федюнин (RU)
Павел Александрович Федюнин
Дмитрий Александрович Дмитриев (RU)
Дмитрий Александрович Дмитриев
Сергей Александрович Дмитриев (RU)
Сергей Александрович Дмитриев
Николай Павлович Федоров (RU)
Николай Павлович Федоров
Original Assignee
Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт) filed Critical Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт)
Priority to RU2006130341/28A priority Critical patent/RU2330268C2/en
Publication of RU2006130341A publication Critical patent/RU2006130341A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2330268C2 publication Critical patent/RU2330268C2/en

Links

Landscapes

  • Drying Of Solid Materials (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring instruments; humidity detection.
SUBSTANCE: UHF method for controlling the humidity of solid materials by a Brewster's angle consists in placing a material under test into a high-frequency electromagnetic field followed by recording changes in parameters that characterise the high-frequency radiation. A low-power diode UHF-generator is used, the wavelength tuning range of which is λg = 0.0045...0.0065 m. A real part ε'c and an imaginary part ε"c of the complex dielectric constant of the material's surface layer are calculated from the value of the diode UHF-generator wavelength λg min ensuring minimum of the reflected power Prefl.min. The average value of the surface layer humidity Ws is determined from known formulas, the value of the imaginary part of the material's dielectric constant ε" is determined from the value of the refracted wave power Prefr and the average humidity W of the material is determined by the volume of interaction.
EFFECT: improving the sensibility and increasing the accuracy of measurement, enhancing the electromagnetic security, simplification of the hardware implementation and reduction of the mass and dimensions parameters of the device.
1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам определения влажности твердых материалов и может быть использовано в строительстве, в химической и других отраслях промышленности.The present invention relates to methods for determining the moisture content of solid materials and can be used in construction, in the chemical and other industries.

Известен СВЧ-способ определения влажности твердых образцов (см., например, Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Под. ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1995. - 488 с.), основанный на измерении в свободном пространстве затухания или фазового сдвига проходящей волны, при этом контролируемый материал помещают в пространстве между передающей и приемными антеннами. Мерой влажности исследуемого материала является ослабление мощности прошедшего сигнала в децибелах или изменение его фазы.A known microwave method for determining the moisture content of solid samples (see, for example, Non-Destructive Testing and Diagnostics: Handbook / Ed. By V.V. Klyuyev. - M.: Mechanical Engineering, 1995. - 488 p.), Based on free measurement space attenuation or phase shift of the transmitted wave, while the controlled material is placed in the space between the transmitting and receiving antennas. A measure of the moisture content of the test material is the attenuation of the power of the transmitted signal in decibels or a change in its phase.

Недостатками способа и реализующего его устройства являются невысокая точность измерений из-за ее зависимости от толщины и плотности исследуемого материала; низкая чувствительность и сложность определения влажности малой массы; большое рассеивание СВЧ-энергии; сложная аппаратная реализация (наличие вентилей, циркуляторов, амплитудного или фазового детектора); зависимость точности измерения влажности от температуры; необходимость обеспечения постоянного расстояния между приемной и передающей антеннами; узкий диапазон измерения влажности.The disadvantages of the method and the device that implements it are the low measurement accuracy due to its dependence on the thickness and density of the investigated material; low sensitivity and difficulty in determining the moisture content of low mass; high dispersion of microwave energy; complex hardware implementation (the presence of valves, circulators, amplitude or phase detector); the dependence of the accuracy of measuring humidity on temperature; the need to ensure a constant distance between the receiving and transmitting antennas; narrow range of measurement of humidity.

Известен СВЧ-способ определения влажности твердых материалов (см. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Под. ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1995. - 488 с.), основанный на принципе измерения волновых характеристик отраженной электромагнитной волны при измерении влажности материала.The known microwave method for determining the moisture content of solid materials (see Non-Destructive Testing and Diagnostics: Handbook / Ed. By V.V. Klyuyev. - M .: Mechanical Engineering, 1995. - 488 p.), Based on the principle of measuring the wave characteristics of reflected electromagnetic waves when measuring material moisture.

Способ и реализующее его устройство обладают такими недостатками, как отсутствие интегральной оценки влажности для материалов большой толщины, при измерениях влажности необходимо учитывать многократные отражения от задней поверхности образца, на результат измерений влияют состояние и характер отражающих поверхностей, большое паразитное излучение мощности СВЧ-сигнала, сложность реализации способа.The method and the device that implements it have such disadvantages as the lack of an integrated moisture estimate for materials of large thickness; when measuring humidity, it is necessary to take into account multiple reflections from the back surface of the sample, the state and nature of the reflecting surfaces, the large spurious radiation of the microwave signal power, and the complexity the implementation of the method.

Известен СВЧ-способ определения влажности твердых материалов по углу Брюстера (например, см. Берлинер М.А. Измерение влажности. - М.: Энергия, 1973), заключающийся в нахождении угла падения, которому соответствует минимум отраженной горизонтально-поляризованной электромагнитной волны от плоской поверхности образца.A known microwave method for determining the moisture content of solid materials by the Brewster angle (for example, see M. Berliner, Moisture Measurement. - M .: Energy, 1973), which consists in finding the angle of incidence, which corresponds to the minimum reflected horizontally polarized electromagnetic wave from a plane sample surface.

Недостатками способа и реализующего его устройства являются зависимость точности измерений от толщины исследуемого образца, возможность исследования только поверхностного слоя материала, что не позволяет получить информацию об его интегральной влажности, зависимость точности измерений от состояния и характера отражающих поверхностей, низкая точность измерений больших значений влажности, большое рассеивание СВЧ-энергии и низкая точность определения угла Брюстера.The disadvantages of the method and the device that implements it are the dependence of the measurement accuracy on the thickness of the test sample, the ability to study only the surface layer of the material, which does not allow to obtain information about its integral humidity, the dependence of the measurement accuracy on the state and nature of reflective surfaces, low accuracy of measurements of large humidity values, large microwave energy dissipation and low accuracy of determining the Brewster angle.

Известны принятый за прототип неразрушающий СВЧ-способ контроля влажности твердых материалов и устройство для его реализации (см. патент РФ №2269763, МПК7 G01N 9/36, 22/04; опубл. 10.04.06, бюл. №4), заключающийся в нахождении угла падения электромагнитной волны, при котором наблюдают минимум мощности отраженной волны от поверхности исследуемого материала, и расчете по известным формулам величины влажности поверхностного слоя Wп; стабилизируя мощность преломленной волны Рпр по цепи обратной связи путем изменения мощности падающей волны, по изменению температуры исследуемого материала в заданный интервал времени определяют величину влажности W в объеме материала.Known adopted for the prototype non-destructive microwave method for controlling the humidity of solid materials and a device for its implementation (see RF patent No. 2269763, IPC 7 G01N 9/36, 22/04; publ. 10.04.06, bull. No. 4), which consists in finding the angle of incidence of the electromagnetic wave at which the minimum power of the reflected wave from the surface of the investigated material is observed, and calculating, according to known formulas, the moisture content of the surface layer W p ; stabilizing the power of the refracted wave P ol through the feedback circuit by changing the power of the incident wave, the moisture value W in the volume of the material is determined by changing the temperature of the test material in a given time interval.

Недостатками способа являются низкая точность измерений влажности из-за неучитываемой мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости материала, наличие СВЧ-нагрева и контакта с исследуемым материалом для определения изменения его температуры, низкая точность измерений больших значений влажности, зависимость точности измерений угла Брюстера от девиации частоты лампового СВЧ-генератора, сложность аппаратурной реализации способа.The disadvantages of the method are the low accuracy of humidity measurements due to the unaccounted imaginary part of the complex dielectric constant of the material, the presence of microwave heating and contact with the test material to determine changes in its temperature, low accuracy of measurements of large humidity values, the dependence of the accuracy of measurements of the Brewster angle on the frequency deviation of the microwave tube generator, the complexity of the hardware implementation of the method.

Техническим результатом изобретения является увеличение чувствительности и повышение точности измерения влажности поверхностного слоя Wп и интегральной влажности W по объему взаимодействия, повышение электромагнитной безопасности, упрощение аппаратурной реализации и уменьшение массогабаритных параметров устройства.The technical result of the invention is to increase the sensitivity and increase the accuracy of measuring the humidity of the surface layer W p and the integral humidity W by the interaction volume, increasing the electromagnetic safety, simplifying the hardware implementation and reducing the weight and size parameters of the device.

Данный результат достигается тем, что в неразрушающем СВЧ-способе контроля влажности твердых материалов, заключающемся в помещении исследуемого материала в высокочастотное электромагнитное поле с последующей регистрацией изменения параметров, характеризующих высокочастотное излучение, по минимуму отраженной мощности Ротр мин и длине волны генератора СВЧ λг мин, соответствующей данному минимуму Ротр мин, рассчитывают действительную

Figure 00000004
и мнимую
Figure 00000005
части комплексной диэлектрической проницаемости поверхностного слоя из уравнений:This result is achieved by the fact that in the non-destructive microwave method for controlling the humidity of solid materials, which consists in placing the test material in a high-frequency electromagnetic field, followed by recording changes in the parameters characterizing the high-frequency radiation, the minimum reflected power P neg min and the wavelength of the microwave generator λ g min corresponding to this minimum P ex min , calculate the actual
Figure 00000004
and imaginary
Figure 00000005
parts of the complex dielectric constant of the surface layer from the equations:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

где С - коэффициент пропорциональности;where C is the coefficient of proportionality;

определяют среднее значение влажности поверхностного слоя Wп, решая систему уравнений:determine the average humidity of the surface layer W p by solving the system of equations:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

где

Figure 00000011
- дисперсионно-температурная зависимость действительной части диэлектрической проницаемости свободной воды:Where
Figure 00000011
- the dispersion-temperature dependence of the real part of the dielectric constant of free water:

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
- дисперсионно-температурная зависимость мнимой части диэлектрической проницаемости свободной воды:
Figure 00000013
- dispersion-temperature dependence of the imaginary part of the dielectric constant of free water:

Figure 00000014
Figure 00000014

εв - диэлектрическая проницаемость "сухого" материала:ε in - dielectric constant of the "dry" material:

Figure 00000015
Figure 00000015

ε0 - диэлектрическая проницаемость обезвоженного строительного материала;ε 0 is the dielectric constant of the dehydrated building material;

εсв - диэлектрическая проницаемость связанной воды (4,5-5,8);ε sv is the dielectric constant of bound water (4.5-5.8);

t - температура материала или окружающей материал среды, °С;t is the temperature of the material or the environment surrounding the material, ° C;

далее стабилизируют мощность падающей волны Рпад, определяют мощность преломленной волны Рпр=Рпад-Ротр мин и рассчитывают величину мнимой части диэлектрической проницаемости ε'' материала из формулы:then stabilize the incident wave power P pad , determine the power of the refracted wave P CR = P pad -P min min and calculate the imaginary part of the dielectric constant ε '' of the material from the formula:

Figure 00000016
Figure 00000016

определяют влажность материала по объему взаимодействия W как отношение мнимой части диэлектрической проницаемости ε'' материала к мнимой части диэлектрической проницаемости свободной воды

Figure 00000017
:
Figure 00000018
.determine the moisture content of the material by the interaction volume W as the ratio of the imaginary part of the dielectric constant ε '' of the material to the imaginary part of the dielectric constant of free water
Figure 00000017
:
Figure 00000018
.

Способ реализуется следующим образом. С помощью диодного генератора СВЧ 1 (фиг.1) с управляемой длиной волны λг электромагнитная волна через управляемый микропроцессором (МПУ) аттенюатор на подмагниченном феррите 2 и волноводный Y-циркулятор 3 поступает на специальную излучающую систему комплексной апертуры в виде кольцевой переменнофазовой многощелевой излучающей антенны 5, угол наклона максимума диаграммы направленности (ДН) θгл которой зависит от величины длины волны λг возбуждающих СВЧ-колебаний.The method is implemented as follows. Using a microwave diode generator 1 (Fig. 1) with a controlled wavelength λ g, an electromagnetic wave is transmitted through a microprocessor-controlled (MPU) attenuator with magnetized ferrite 2 and a waveguide Y-circulator 3 to a special emitting system of a complex aperture in the form of a ring alternating-phase multi-slot emitting antenna 5, the angle of inclination of the maximum radiation pattern (LH) θ hl which depends on the magnitude of the wavelength λ g of exciting microwave oscillations.

Варьируя длину волны λг диодного генератора СВЧ-колебаний, изменяют угол наклона диаграммы направленности излучающей антенны (см. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. Под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Сов. Радио, 1972) и добиваются минимума мощности отраженной волны в приемной части 6 комплексной апертуры. Угол наклона максимума ДН излучающей антенны, при котором наблюдается эффект максимального поглощения падающей электромагнитной волны, будет равен углу Брюстера θБр.By varying the wavelength λ g of the microwave oscillation diode generator, the angle of the radiation pattern of the emitting antenna is changed (see Antennas and microwave devices. Calculation and design of antenna arrays and their radiating elements. Edited by D.I. Voskresensky. - M .: Sov . Radio, 1972) and achieve a minimum power of the reflected wave in the receiving part 6 of the complex aperture. The angle of inclination of the maximum of the bottom of the radiating antenna, at which the effect of maximum absorption of the incident electromagnetic wave is observed, will be equal to the Brewster angle θ Br .

Минимум отраженной мощности Ротр мин будет пропорционален критерию Qмин минимума мощности (напряженности поля) отраженной волны в угловом спектре ДН, т.е. в зоне существенной при отражении по максимуму ДН. Выражение для критерия Qмин при 2≤ε'≤10, 0≤ε''≤1 имеет вид:The minimum of the reflected power P ex min will be proportional to the criterion Q min of the minimum power (field strength) of the reflected wave in the angular spectrum of the radiation path, i.e. in the zone significant when reflected at the maximum of the pattern. The expression for the criterion Q min at 2≤ε'≤10, 0≤ε''≤1 has the form:

Figure 00000019
Figure 00000019

где С - коэффициент пропорциональности, А=R(Δθ, ε', ε'') - коэффициент отражения:where C is the coefficient of proportionality, A = R (Δθ, ε ', ε' ') is the reflection coefficient:

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

B=F(λг, Δθ) - вид ДН щелевого излучателя:B = F (λ g , Δθ) is the type of bottom hole emitter:

Figure 00000023
Figure 00000023

θт(λг) - текущий угол, определяемый выражением:θ t (λ g ) is the current angle defined by the expression:

Figure 00000024
Figure 00000024

Δθ - текущий угол отклонения ДН,Δθ is the current angle of deviation of the DN,

θ0 - начальный угол положения ДН

Figure 00000025
численно он равен 50,82,θ 0 is the initial angle of the DN
Figure 00000025
numerically it is 50.82,

Δθ0.5(λг) - ширина диаграммы направленности:Δθ 0.5 (λ g ) - beam width:

Figure 00000026
где
Figure 00000027
Figure 00000026
Where
Figure 00000027

а=0,00355 [м] - размер широкой стенки волновода, d=0,003 [м] - длина излучающей щели, N=7 - количество щелей в антенне, λг=0,0045...0,0065 [м] - диапазон перестройки длины волны генератора, λгн=0,0045 [м] - начальная длина волны генератора.a = 0.00355 [m] is the size of the wide wall of the waveguide, d = 0.003 [m] is the length of the radiating slit, N = 7 is the number of slots in the antenna, λ g = 0.0045 ... 0.0065 [m] - tuning range of the wavelength of the generator, λ gn = 0.0045 [m] is the initial wavelength of the generator.

Аппроксимированное выражение минимума критерия отраженной мощности будет иметь вид:The approximated expression of the minimum criterion of reflected power will have the form:

Figure 00000028
Figure 00000028

Аппроксимированная зависимость λг мин от

Figure 00000029
и
Figure 00000030
имеет вид:The approximated dependence of λ g min on
Figure 00000029
and
Figure 00000030
has the form:

Figure 00000031
Figure 00000031

Математическое моделирование зависимости λг мин (

Figure 00000029
,
Figure 00000030
) от
Figure 00000030
показывает, что λг мин (
Figure 00000029
,
Figure 00000030
) почти не зависит и для приблизительных расчетов можно использовать формулу:Mathematical modeling of the dependence of λ g min (
Figure 00000029
,
Figure 00000030
) from
Figure 00000030
shows that λ g min (
Figure 00000029
,
Figure 00000030
) is almost independent and for approximate calculations, you can use the formula:

Figure 00000032
Figure 00000032

Значение влажности поверхностного слоя можно найти через мнимые части диэлектрических проницаемостей поверхностного слоя и свободной воды:The moisture value of the surface layer can be found through the imaginary parts of the dielectric constant of the surface layer and free water:

Figure 00000033
Figure 00000033

Кроме того, влажность поверхностного слоя можно определить также и через действительные части диэлектрических проницаемостей поверхностного слоя и свободной воды [Федюнин П.А. Микроволновая термовлагометрия. / П.А.Федюнин, Д.А.Дмитриев, А.А.Воробьев, В.Н.Чернышов. - М.: Машиностроение - 1, 2004. - С.230]:In addition, the humidity of the surface layer can also be determined through the real parts of the dielectric constant of the surface layer and free water [Fedyunin P.A. Microwave thermal moisture measurement. / P.A. Fedyunin, D.A.Dmitriev, A.A. Vorobyov, V.N. Chernyshov. - M .: Engineering - 1, 2004. - P.230]:

Figure 00000034
Figure 00000034

где

Figure 00000035
- дисперсионно-температурная зависимость действительной части диэлектрической проницаемости свободной воды:Where
Figure 00000035
- the dispersion-temperature dependence of the real part of the dielectric constant of free water:

Figure 00000036
Figure 00000036

Figure 00000037
- дисперсионно-температурная зависимость мнимой части диэлектрической проницаемости свободной воды:
Figure 00000037
- dispersion-temperature dependence of the imaginary part of the dielectric constant of free water:

Figure 00000038
Figure 00000038

εв - диэлектрическая проницаемость "сухого" (со связанной влагой) материала, определяемая по обобщенной формуле Рейнольдса и Хью:ε in - the dielectric constant of the "dry" (with bound moisture) material, determined by the generalized Reynolds and Hugh formula:

Figure 00000039
Figure 00000039

ε0 - диэлектрическая проницаемость обезвоженного строительного материала; εв - диэлектрическая проницаемость связанной воды (4,5-5,8) инвариантна изменению длины волны генератора λг и температуры t°C; t - температура материала или окружающей материал среды, °С.ε 0 is the dielectric constant of the dehydrated building material; ε in - the dielectric constant of bound water (4.5-5.8) is invariant to a change in the wavelength of the generator λ g and temperature t ° C; t is the temperature of the material or the environment surrounding the material, ° C.

Рассчитывают действительную

Figure 00000040
и мнимую
Figure 00000030
части комплексной диэлектрической проницаемости поверхностного слоя из уравнений (1) и (2) и, решая (3) и (4), определяют среднее значение влажности поверхностного слоя Wп:Calculate Valid
Figure 00000040
and imaginary
Figure 00000030
parts of the complex dielectric constant of the surface layer from equations (1) and (2) and, solving (3) and (4), determine the average value of the humidity of the surface layer W p :

Figure 00000041
Figure 00000041

Стабилизируют мощность падающей волны Рпад и определяют мощность преломленной волны Рпр=Рпад-Ротр мин и из выражения мощности поглощаемой 1 м3 в 1 с энергии активных поляризационных потерь:Stabilize the power of the incident wave P pad and determine the power of the refracted wave P CR = P pad -P min min and from the expression for the absorbed power 1 m 3 in 1 s of active polarization loss energy:

Figure 00000042
Figure 00000042

Figure 00000043
- средняя напряженность электрического поля преломленной волны внутри материала,
Figure 00000044
- мощность, переносимая волной, Z0 - волновое (характеристическое) сопротивление свободного пространства, равное 377 Ом.
Figure 00000043
- the average electric field strength of the refracted wave inside the material,
Figure 00000044
- power carried by the wave, Z 0 - wave (characteristic) free space resistance equal to 377 Ohms.

Из (5) можно выразить величину мнимой части диэлектрической проницаемости ε'' материала:

Figure 00000045
From (5), the imaginary part of the dielectric constant ε '' of the material can be expressed:
Figure 00000045

Влажность материала по объему взаимодействия W рассчитывается по формуле

Figure 00000046
The moisture content of the material by the interaction volume W is calculated by the formula
Figure 00000046

Предлагаемый способ позволяет аппаратурно упростить устройство реализации предлагаемого способа по сравнению с прототипом. Устройство, реализующее предлагаемый способ, представлено на чертеже и содержит: 1 - управляемый диодный генератор СВЧ; 2 - управляемый микропроцессором (МПУ) аттенюатор на подмагниченном феррите; 3 - волноводный Y-циркулятор; 4 - поглощающую согласованную нагрузку; 5 - кольцевую переменнофазную многощелевую антенну - излучающая часть комплексной апертуры; 6 - рупорную приемную часть комплексной апертуры; 7 - вентиль; 8 - СВЧ-термисторный ваттметр; 9 - экстремальный цифровой регулятор поиска и индикации минимума мощности отраженной волны Ротр; 10 - управляемый микропроцессорный блок питания для 1 (УБП); 11 - микропроцессор; 12 - блок термопар (ТП).The proposed method allows to simplify the hardware implementation of the proposed method in comparison with the prototype. A device that implements the proposed method is presented in the drawing and contains: 1 - a controlled microwave diode generator; 2 - controlled by a microprocessor (MPU) attenuator on a magnetized ferrite; 3 - waveguide Y-circulator; 4 - absorbing agreed load; 5 - ring alternating-phase multi-slot antenna - radiating part of the complex aperture; 6 - horn receiving part of the complex aperture; 7 - valve; 8 - microwave thermistor wattmeter; 9 - extreme digital regulator of search and indication of the minimum power of the reflected wave P neg ; 10 - controlled microprocessor power supply for 1 (UBP); 11 - microprocessor; 12 - block thermocouples (TP).

Техническо-экономический эффект изобретения заключается в увеличении чувствительности и повышении точности измерения влажности поверхностного слоя Wп и интегральной влажности W по объему взаимодействия путем учета ширины ДН реальной антенны и за счет отсутствия СВЧ-нагрева, повышении электромагнитной безопасности путем применения маломощного диодного СВЧ-генератора, упрощении аппаратурной реализации и уменьшении массогабаритных параметров устройства.The technical and economic effect of the invention is to increase the sensitivity and improve the accuracy of measuring the moisture of the surface layer W p and the integral humidity W by the interaction volume by taking into account the beam width of the real antenna and due to the absence of microwave heating, increasing electromagnetic safety by using a low-power microwave diode generator, simplification of hardware implementation and reducing the overall dimensions of the device.

Как следствие, уменьшается погрешность измерения поверхностной влажности не хуже, чем в 2,5 раза на основании экспериментальных исследований на образцах с известной влажностью (с 10% у прототипа до 4% в предлагаемом способе).As a result, the error in measuring surface humidity decreases no less than 2.5 times on the basis of experimental studies on samples with known humidity (from 10% in the prototype to 4% in the proposed method).

Claims (1)

СВЧ-способ контроля влажности твердых материалов по углу Брюстера, заключающийся в помещении исследуемого материала в высокочастотное электромагнитное поле с последующей регистрацией изменения параметров, характеризующих высокочастотное излучение, отличающийся тем, что применяют маломощный диодный СВЧ-генератор, диапазон перестройки длины волны которого λг=0,0045...0,0065 м, по значению длины волны диодного СВЧ-генератора λ г мин, обеспечивающей минимум отраженной мощности Ротр.мин, рассчитывают действительную
Figure 00000047
и мнимую
Figure 00000048
части комплексной диэлектрической проницаемости поверхностного слоя материала из уравненийMicrowave method for controlling the humidity of solid materials along the Brewster angle, which consists in placing the material under study in a high-frequency electromagnetic field with subsequent recording of changes in the parameters characterizing high-frequency radiation, characterized in that a low-power microwave diode generator is used, the wavelength tuning range of which is λ g = 0 , 0045 ... 0.0065 m, according to the wavelength of the diode microwave generator λ g min , providing a minimum of reflected power P neg.min , calculate the actual
Figure 00000047
and imaginary
Figure 00000048
parts of the complex dielectric constant of the surface layer of the material from the equations
Figure 00000049
Figure 00000049
Figure 00000050
Figure 00000050
 где С - коэффициент пропорциональности,where C is the coefficient of proportionality, и по известным формулам определяют среднее значение влажности поверхностного слоя Wп,and the known formulas determine the average moisture content of the surface layer W p , по значению мощности преломленной волны определяют величину мнимой части диэлектрической проницаемости ε'' материала по формулеthe value of the power of the refracted wave determines the imaginary part of the dielectric constant ε '' of the material by the formula
Figure 00000051
Figure 00000051
 где Рпад - мощность падающей волны;where P pad is the power of the incident wave; Pпр - мощность преломленной волны,P ol - the power of the refracted wave, определяют среднюю по объему взаимодействия влажность материала W как отношение мнимой части диэлектрической проницаемости ε'' материала к мнимой части диэлектрической проницаемости свободной воды
Figure 00000052
.determine the material average moisture content W as the ratio of the imaginary part of the dielectric constant ε '' of the material to the imaginary part of the dielectric constant of free water
Figure 00000052
.
RU2006130341/28A 2006-08-22 2006-08-22 Uhf-method of controlling humidity of solid materials RU2330268C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006130341/28A RU2330268C2 (en) 2006-08-22 2006-08-22 Uhf-method of controlling humidity of solid materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006130341/28A RU2330268C2 (en) 2006-08-22 2006-08-22 Uhf-method of controlling humidity of solid materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006130341A RU2006130341A (en) 2008-02-27
RU2330268C2 true RU2330268C2 (en) 2008-07-27

Family

ID=39278612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006130341/28A RU2330268C2 (en) 2006-08-22 2006-08-22 Uhf-method of controlling humidity of solid materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2330268C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2408880C1 (en) * 2009-12-21 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" Method of determining moisture content of articles made from solid materials
RU2804381C1 (en) * 2023-03-01 2023-09-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Device for remote measurement of humidity of flat-layer dielectric with losses

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1205004A1 (en) * 1984-06-14 1986-01-15 Белорусский институт механизации сельского хозяйства Moisture meter
SU1245965A1 (en) * 1984-07-11 1986-07-23 Киевский технологический институт легкой промышленности Super-high frequency moisture meter
FR2862758B1 (en) * 2003-11-20 2006-01-13 Commissariat Energie Atomique SENSOR AND SET OF HYDROMETRIC MEASUREMENTS
RU2269765C1 (en) * 2004-07-08 2006-02-10 Юрий Всеволодович МАКЕЕВ Method of determining components in water-petroleum mixture stream
RU2269763C2 (en) * 2004-03-22 2006-02-10 Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) Non-destructive unf method for controlling moisture load of solid materials and device for realization of said method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1205004A1 (en) * 1984-06-14 1986-01-15 Белорусский институт механизации сельского хозяйства Moisture meter
SU1245965A1 (en) * 1984-07-11 1986-07-23 Киевский технологический институт легкой промышленности Super-high frequency moisture meter
FR2862758B1 (en) * 2003-11-20 2006-01-13 Commissariat Energie Atomique SENSOR AND SET OF HYDROMETRIC MEASUREMENTS
RU2269763C2 (en) * 2004-03-22 2006-02-10 Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) Non-destructive unf method for controlling moisture load of solid materials and device for realization of said method
RU2269765C1 (en) * 2004-07-08 2006-02-10 Юрий Всеволодович МАКЕЕВ Method of determining components in water-petroleum mixture stream

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2408880C1 (en) * 2009-12-21 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" Method of determining moisture content of articles made from solid materials
RU2804381C1 (en) * 2023-03-01 2023-09-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Device for remote measurement of humidity of flat-layer dielectric with losses

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006130341A (en) 2008-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Umari et al. A free-space bistatic calibration technique for the measurement of parallel and perpendicular reflection coefficients of planar samples
JP2005516181A (en) Apparatus and method for microwave measurement of at least one physical parameter of an object
CN112558001B (en) Pulse high-power field calibration device and method
Varadan et al. In situ microwave characterization of nonplanar dielectric objects
Hygate et al. Measuring microwave fields directly with an optically modulated scatterer
Hasar Unique permittivity determination of low-loss dielectric materials from transmission measurements at microwave frequencies
Sagnard et al. In situ measurements of the complex permittivity of materials using reflection ellipsometry in the microwave band: theory (Part I)
CN101526569B (en) Method for measuring substance dielectric constant by using monopole antenna
Schultz et al. A comparison of material measurement accuracy of RF spot probes to a lens-based focused beam system
Zhang et al. Correction of complex permittivity inversion in free-space Gaussian beam reflection model
RU2330268C2 (en) Uhf-method of controlling humidity of solid materials
Holloway et al. Development and applications of a fiber-coupled atom-based electric field probe
Senić et al. Absorption characteristics and SAR of a lossy sphere inside a reverberation chamber
RU2572087C2 (en) Moisture meter
Aiyarak et al. Design and implementation of microwave attenuation measurements to estimate the dry rubber content of natural rubber latex.
RU2528130C1 (en) Device for measurement of property of dielectric material
JP6989911B2 (en) Spectroscopic elements, measuring methods, and measuring devices
Shi et al. A new permittivity measurement method for walls in indoor scenes
RU2338179C1 (en) Uhf method for defining surface moisture of dielectric coatings on metal, and device for implementation of method
RU2249178C2 (en) Super-high frequency method of measurement of dielectric permeability and thickness of dielectric plates
RU2269763C2 (en) Non-destructive unf method for controlling moisture load of solid materials and device for realization of said method
Trabelsi et al. Microwave moisture meter for granular and particulate materials
RU2294533C2 (en) Uhf method for measuring surface moisture level of solid materials, moisture level based on volume of interaction, normal to the surface of moisture gradient and device for realization of said method
Killough et al. Measuring the moisture content of wood sheathing with continuous wave radars
RU2096768C1 (en) Shf method of measurement of moisture content and sensitive element in the form of open waveguide resonator for its implementation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080823